虚拟现实技术在高中立体几何教学中的应用

虚拟现实技术在高中立体几何教学中的应用

曹艳 廖明霞

重庆市江津中学校 402260

摘要：随着科学技术的不断发展，教育水平也在不断的进行创新，虚拟现实技术是在计算机技术支持下的一种创新技术，虚拟现实技术具备沉浸感强、交互性强、构想性强等特点。将虚拟现实技术应用在高中立体几何教学中是信息化教学模式发展的内容，可以更好的培养学生的空间几何感，提高学生对立体几何空间思维的认知和理解能力，更好的帮助学生掌握高中立体几何知识。本文主要分析了高中立体几何中存在的问题，探究了虚拟现实技术在高中立体几何教学中的应用。

关键词：虚拟现实技术；高中数学；立体几何

在高中立体几何教学中，传统的教学手段已不能满足当下学生的需求，学生也没有办法更好的理解到立体几何空间的复杂性。虚拟现实技术是信息化教育中的创新应用，将虚拟现实技术与高中立体几何教学相融合，可以将抽象化的立体几何知识变得更加的形象化、具体化，让学生更好的掌握相关的数学概念。

一、当下高中立体几何教学中存在的问题

在高中阶段的学生思维能力和认知能力已经基本完善，学生对于二维空间的认知已经十分的清晰，但是由于三维空间本身的抽象性和复杂性，学生并不能很好的进行理解。在传统的教学中，教师一般都是通过简单的知识讲解后，在让学生观察直观图来进行自主的想象，但部分高中生的空间想象能力比较差，在没有具体的数学几何模型下，学生很难对相关的知识点和内容进行构想，这会导致学生学习立体几何难度比较大。除此之外，学习立体几何的难点主要是点线面的证明，在传统的教学中虽然有一些模型和教具，但是实际的利用率却很低，具体的使用过程也比较呆板，缺少灵活性，这导致学生并不能很好的对立体几何知识进行理解，也就无法证明在立体几何中点线面的关系[1]。

二、虚拟现实技术在高中立体几何中的应用

（一）构建几何模型，提升学生的空间几何感和美的体察能力

在高中阶段的学生能否理解立体几何知识主要体现在学生是否能拥有一个良好的数学思维和空间几何感，但高中立体几何的的教学内容大多数都比较抽象和复杂，过于抽象复杂的几何知识学生没有办法直接的进行具象化的处理，这就导致学生在学习立体几何知识的时候会比较困难，也不能提升学生对美的体察能力。虚拟现实技术可以很好的解决这个问题，虚拟现实技术可以通过计算机与人之间进行多维的交互，让学生在虚拟现实设备或者是计算机的应用下，直接的在虚拟的场景中体验到三维动态视角，并且通过构建数学模型，能够直观的将几何模型进行展示，弥补了在传统教学中缺少数学几何模型的缺点，让学生在对数学几何模型进行观测的过程中直接的感受到数学的美感[2]。在教学的过程中也可以充分的让学生进行主观的体验，提高了学生在课堂中的主体性，在有趣的学习氛围和直观的几何模型下，激发学生的学习兴趣，提高学生在课堂中的参与率。通过虚拟现实技术中的三维建模可以更好的提升学生的空间几何感，促进学生的知觉的发展，能够让学生更好的将立体几何空间问题进行平面化处理，解决学生空间感不足的问题，并且学生能够在直观的感受到几何模型的情况下，提升自身对于美的体察能力[3]。

例如，在学习“三视图”知识点时，传统的数学课堂在教学的过程中大多是教师先为学生展示教具，让学生进行自行想象，之后在进行大量的练习，学生在这样的教学模式下并不能直观的感受到相关的概念，也并不能对几何模型有着很好的理解。虚拟现实技术应用可以很好的对这一问题进行解决。在具体的教学中，教师首先需要构建一个虚拟的3D场景，在虚拟的场景中设置相关的数学几何模型，之后在通过虚拟设备或者是计算机的加持下，学生能够在虚拟的场景中用肉眼直接的观察到与课程相关的几何体，并且通过调整摄像机的不同角度，学生能够对相关几何体的三视图进行观察，还可以灵活在三视图中进行转换。在虚拟现实技术的支持下，学生不仅能够直接的观察到从简单到复杂的几何模型，还可以在虚拟的空间中直接的提升自身的空间几何感。

（二）解决点线面之间的关系，提升学生对立体几何的理解能力

学生在立体几何的学习过程中，主要的难点是对点线面的之间的位置以及理解。在高中的立体几何教学中，如果教师仅仅是单方面的向学生进行知识的灌输，学生无法灵活的理解在立体几何中点线面之间的关系，教师需要加强对学生实践能力的培养。但由于立体几何知识本身的抽象性，教师在传统的教育过程中要加强学生的实践能力是一件比较困难的事情。虚拟现实技术除了可以进行一些简单几何模型的展示之外，还可以让学生亲自的动手进行实践，让学生在虚拟的场景中以不同的角度直接的观察到几何模型中点线面之间的关系[4]。虚拟现实技术具备着很强的交互性，学生可以通过鼠标或者是虚拟设备实现与几何场景之间的直接交互，还可以对几何模型进行拖拽或者是改动，如果是有关切角或者是分割之类的问题，学生可以直接的对相关几何模型进行分割，让学生亲自的体验点线面之间的具体的关系。

例如，学生在进行点线面的学习过程中，由于学生的数学思维和对于立体几何的理解能力并不完善，这就会让学生很难看出异面直线以及很难求出异面直线的夹角。学生可以通过利用虚拟现实技术直接的进行对直线的拖拽或者是平移，学生在具体操作的过程中能够容易且直观的看出异面直线以及异面直线的夹角。又或者学生在进行判断线面关系的学习中，学生在复杂的几何图形中很难观察到线面之间的关系。在虚拟现实技术的应用下，学生可以通过电脑、VR眼镜、VR设备等相关设施在不同的角度下观察到线面的具体位置，甚至还可以在原有的模型中对线面的关系进行灵活的改动，拓宽学生的思维的广度，且能够为学生提供更好的解题思路，让学生轻松的解决点线面之间的问题。

结束语

虚拟现实技术能够为高中立体几何教学带来不一样的感受和体验，方便教师的教学和学生的理解。但当下对于虚拟现实技术的研究依然不够完善，立体几何教学的软件以及程序还有待提高，因此将虚拟现实技术应用在教育教学中是教育发展的必然趋势。虚拟现实技术应用在立体几何的教学中能够更好的提高学生的空间几何感，促进学生的立体几何思维的完善，有利于学生的熟悉核心素养的提高。

参考文献：

[1]陈琳,吴燕敏.高中数学立体几何教学中存在的问题及对策[J].数学学习与研究（教研版）,2019(21):44-45.

[2]陈枢凌.基于虚拟现实技术的立体几何教学模式的探究[J].基础教育论坛,2019(12):74.
[3]刘刚,李霖.浅谈VR技术在高中数学教学中的应用[J].中学数学教学参考,2020(3):3.

[4]徐玉.虚拟现实技术在高中立体几何教学中的应用展望[J].新校园（上旬刊）,2018(4):184.